Scienziati polacchi che lavorano in Polonia, Francia e Stati Uniti hanno spiegato il misterioso decadimento protonico ritardato dello stato fondamentale dell'alone di neutroni di ¹¹ Essere. Gli studi all'interno del modello SMEC suggeriscono l'esistenza di una risonanza collettiva, portando molte caratteristiche di un vicino canale di decadimento protonico, il che spiega questo sconcertante decadimento. Si è sostenuto che la comparsa di tali stati risonanti vicini alla soglia è un fenomeno generico in qualsiasi sistema quantistico aperto, in cui gli stati legati e non legati si mescolano fortemente.

Il clustering nucleare è uno dei fenomeni più sconcertanti della fisica subatomica. Numerosi esempi di tali strutture includono lo stato fondamentale del ¹¹ Nucleo di Li con un alone di due neutroni o la famosa risonanza di Hoyle at ¹² C, che svolge un ruolo vitale nella sintesi degli elementi più pesanti nelle stelle. Risonanze strette vicino alla soglia sono fondamentali in condizioni astrofisiche, in cui la maggior parte delle reazioni avviene a energie molto basse. Per questi stati, i canali di emissione delle particelle possono competere efficacemente con altri tipi di decadimento, come le emissioni di fotoni. La presenza diffusa di risonanze strette vicino alla soglia di emissione delle particelle suggerisce che questo è un fenomeno universale nei sistemi quantistici aperti in cui gli stati legati e non legati si mescolano fortemente, con conseguente comparsa di uno stato collettivo con le caratteristiche di un vicino canale di decadimento.

In un articolo recentemente pubblicato in Lettere di revisione fisica , fisici dell'IFJ PAN di Cracovia (Polonia), GANIL a Caen (Francia) e FRIB Facility (USA) hanno fornito una spiegazione per l'emissione di protoni ritardata dal decadimento ß dallo stato fondamentale debolmente legato del ¹¹ Sii nucleo. Nella prima fase di questo enigmatico, processo in due fasi, il neutrone nello stato fondamentale di ¹¹ Essere con la struttura dell'alone decade in elettrone, antineutrino e protone, provocando la trasformazione di ¹¹ Sii stato fondamentale nella risonanza in ¹¹ B. Nella seconda fase, un protone viene emesso da questa risonanza (vedi schema allegato) al ¹⁰ Sii stato. La possibilità di un tale processo di decadimento dell'alone in ¹¹ Be è stato spiegato dall'esistenza di risonanza in ¹¹ B con 1/2+ momento angolare totale e parità, che ricorda molte caratteristiche di un vicino canale di emissione di protoni. La vicinanza delle soglie di emissione di protoni e trizio in ¹¹ B suggerisce che questa risonanza possa anche contenere una mescolanza della configurazione del cluster di trizio.

"Lo studio è stato condotto sulla base del modello a conchiglia incorporato nel continuum (SMEC). La misura della collettivizzazione statale vicino alla soglia per le emissioni di particelle (nucleone, deuterone, particella α, ecc.) è l'energia di correlazione, che viene calcolato per ogni autostato dello SMEC. Gli effetti concorrenti determinano l'energia di eccitazione alla massima collettivizzazione:accoppiamento ai canali di decadimento e alle barriere di Coulomb e centrifughe. Per valori di momento angolare più elevati (L> 1) e/o per accoppiamento al canale di emissione di particelle cariche, l'estremo dell'energia di correlazione è al di sopra dell'energia di soglia di questo canale, " spiega il prof. Jacek Okolowicz dell'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze.

Nell'ultimo lavoro sperimentale del gruppo della Michigan State University, emissione di protoni è stata osservata in ¹¹ B da uno stato con un momento angolare totale di 1/2+ o 3/2+, l'energia di 11,425(20) MeV e una larghezza di 12(5) keV, che è popolato nel ß-decadimento di ¹¹ Sii stato fondamentale. La risonanza a ¹¹ B proposto in questo esperimento è 197(20) keV sopra la soglia per l'emissione di protoni e 29 (20) keV sotto la soglia per l'emissione di neutroni.

Gli studi teorici che utilizzano il modello SMEC includono l'effettiva interazione nucleone-nucleone negli stati discreti del modello shell, e l'interazione Wigner-Bartlett che descrive l'accoppiamento tra nucleoni in stati legati discreti e stati continui. I calcoli sono stati effettuati per gli stati Jπ =1/2+ e 3/2+ in ¹¹ B per determinare il momento angolare più probabile della risonanza proposta. Gli stati del modello shell sono mescolati tramite l'accoppiamento con un canale di reazione protonico e neutronico. La collettivizzazione della funzione d'onda è stata trovata solo per il terzo stato eccitato 1/2+, per cui l'energia di correlazione massima è di 142 keV al di sopra della soglia di emissione di protoni. Quindi, si è concluso che la risonanza in ¹¹ B, mediare nel decadimento dello stato fondamentale di ¹¹ Essere, deve avere momento angolare totale e parità Jπ =1/2+.

La stretta risonanza 5/2+ a 11.600(20) MeV, che si trova leggermente al di sopra della soglia di emissione dei neutroni e si decompone per l'emissione del neutrone o della particella α, ha un effetto significativo sul valore del ¹⁰ B sezione d'urto cattura neutroni. Questa enorme sezione d'urto suggerisce che la funzione d'onda di risonanza 5/2+ è fortemente modificata dall'accoppiamento a un vicino canale di emissione di neutroni. Infatti, nei calcoli del modello SMEC, c'è un sesto stato 5/2+ vicino alla soglia di emissione di neutroni, che si accoppia fortemente nell'onda parziale L=2 al canale [10B(3+) + n]5/2+. La collettivizzazione massima teoricamente determinata per questo stato è 113 keV al di sopra della soglia di emissione di neutroni e vicina all'energia sperimentale dello stato 5/2+.

"Abbiamo studiato il caso sconcertante del decadimento -p+ di ¹¹ Stai con un alone di neutroni. L'analisi condotta nell'ambito del modello SMEC conferma l'esistenza di una risonanza collettiva in ¹¹ B vicino alla soglia di emissione del protone e favorisce l'assegnazione di Jπ =1/2+ numeri quantici. La funzione d'onda di questa risonanza assomiglia a un vicino canale di emissione di protoni. Significa che in questo processo il decadimento - può essere interpretato come decadimento quasi libero di un neutrone dal ¹¹ Sii un'aureola per la risonanza in ¹¹ B, in cui un singolo protone è accoppiato con il ¹⁰ Sii centrale. La somiglianza di Jπ =1/2+ risonanza al canale [ ¹⁰ Be + p] spiega anche il grande fattore spettroscopico per il decadimento del protone e la piccolissima larghezza parziale del decadimento α di questo stato. Però, le proprietà del vicino stato Jπ =3/2+, che decade principalmente per l'emissione della particella α, può essere spiegato dal quarto stato 3/2+ del modello SMEC. Questo stato si accoppia male ai canali di emissione di un neutrone o protone. Sopra la soglia di emissione di neutroni [ ¹⁰ B + n] è una risonanza 5/2+, che è cruciale per ¹⁰ Cattura di neutroni B. La funzione d'onda del sesto stato 5/2+ del modello SMEC mostra una collettivizzazione molto forte vicino alla soglia di emissione di neutroni, che è la spiegazione dell'enorme sezione d'urto osservata per la cattura di neutroni da ¹⁰ B, " dice il prof. Okolowicz.

La ragione per l'emergere di una risonanza collettiva di protoni (neutroni) attorno alla soglia di emissione di protoni (neutroni) è l'accoppiamento L=0 (L=2) con lo spazio degli stati di diffusione del protone (neutrone). A questo proposito, il ¹¹ Il caso B segue altri splendidi esempi di stati soglia in ¹² C, ¹¹ Li, o ¹⁵ F. In futuro, studi sperimentali di ¹⁰ essere (p, P) ¹⁰ Sarà necessaria una reazione per comprendere la natura della risonanza protonica a 11,425 MeV. Per capire meglio la natura del canale di reazione dei neutroni e le risonanze dei neutroni vicini, ¹⁰ B(d, P) ¹¹ Le reazioni devono essere esaminate. Oltretutto, sarà necessaria un'ampia analisi sperimentale e teorica per determinare il rapporto di ramificazione per il canale β-p+, poiché il valore sperimentale attualmente suggerito è maggiore di un fattore 2 rispetto alle previsioni del modello SMEC. Futuri studi teorici dovrebbero anche spiegare l'effetto dello stato di neutroni virtuali L=0 sul canale di reazione [ ¹⁰ B + n].